陆静 高彦杰
上海电力大学 电子与信息工程学院 上海 200090
摘要：高级数字信号处理是我校信息类研究生的必修课程。结合课程特点和研究生自身发展规律，文章从教学内容、教学实践、教学形式、思政建设四方面进行了教学改革探索，取得了较好的教学效果。
关键词：高级数字信号处理 教学方法 教学改革
一、课程概述
数字信号处理是指使用计算机或其他专用数字设备，如数字信号处理器，以
数值计算的方式对时域离散信号进行分析与处理。数字信号处理的理论非常丰富和广泛，近几十年以来一直在飞速发展，涉及到众多领域，如图像处理、人工智能、模式识别、航空航天等，得到了广泛应用。[1]数字信号处理的课程学习需具备一定的数学基础，高等 数学中的微积分、线性代数中的矩阵理论、概率统计、以及工程数学中的数值分析、随机过程、复变函数等都是它的数学基础知识。此外，它的先修课程为电路理论、网络理论和信号与系统理论。[2]
[] 数字信号处理理论总体上可以分为三个部分：经典数字信号处理、统计数字信号处理和现代数字信号处理[3]。经典数字信号处理主要针对线性时不变的离散时间系统，用傅里叶变换（FT）、Z变换、 离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)、线性卷积、循环卷积等理论对确定性信号进行处理，并研究IIR和FIR数字滤波器的设计问题，其内容是相对重要的，也是相对成熟的。统计数字信号处理，主要研究随机信号，采用统计或估计的方法进行平稳随机信号的描述、随机序列数字特征的估计以及功率谱估计等。现代数字信号处理，主要研究自适应滤波器、维纳滤波器、卡尔曼滤波器等现代滤波器的原理和计算方法，同态信号处理技术及应用等内容。[4]
高级数字信号处理是我校电子与信息工程学院为信息与通信工程专业研究生设置的一门2个学分、32学时的专业必修课程。我校坚持“立足电力、立足应用、立足一线”的办学方针，信息与通信工程是我校电子与信息工程学院一级学科硕士点，本学科的主要研究方向包括：电力用户侧智能控制与信息系统、智能电网现代数字技术、输变电设备运行安全监测与信息处理、图像处理与传输。高级数字信号处理，与这四个研究方向有着密不可分的关系，在内容上涵盖了统计数字信号处理与现代数字信号处理的内容，主要包括：基础知识、多采样率数字信号处理基本原理、离散随机信号及信号模型、维纳滤波与卡尔曼滤波、同态滤波等。[5]研究生通过学习本门课程后，能够掌握高级数字信号处理一些最基本的理论、方法和应用，对课程内容能总体把握，具备一定的软件仿真技能，能主动了解高级数字信号处理新技术的发展趋势，为今后的课题研究和实际工作打下坚实的理论和实践基础。
二、教学方法
高级数字信号处理的授课对象为研究生，考虑到我校研究生招生的实际情况，
在实际教学过程中，探索了一些教学方法。
1.合理安排教学内容
高级数字信号处理是以经典数字信号处理为基础的，是对经典数字信号处理基础的拓展和深入学习。电子信息类的学生，本科阶段大都学过经典数字信号处理。但研究生来自不同的本科院校，有的是通过专业调剂，部分学生对本科阶段的知识点有所遗忘；部分学生缺乏数字信号处理基础，本科没有接触过数字信号处理相关概念，甚至有的学生没有学习过信号与系统，这样就使得班级里同学间的理论基础相差很大。
为了解决这个问题，第一章的教学内容，安排了对经典数字信号处理理论及其数学基础进行扼要的复习，教师带领同学们一起回顾本科教授内容，提炼重难点，这样即使没有学过经典理论的同学，只要具有一定的数学基础，同样可以理解消化对应知识点。
2.启发式实践教学
实践教学，可以使学生对抽象的理论易于理解。研究生相比较本科生而言，
在理解力上有了相对提升。教学过程中，为了进一步调动学生的主动性和积极性，同时也为了更好地锻炼学生的创新思维能力和动手编程能力，在实践环节上进行了启发式教学。例如在编程实现多采样率转换数字信号处理时，先给同学们介绍MATLAB中多采样率转换常用的函数表示，抽取、内插的过程，再向同学说明有理数因子采样的输出序列及滤波器函数，最后介绍绘制输入序列及输出序列的时域及频域图形的方法，让学生在图形窗口直接观察采样前后信号频谱的改变，一步一步启发学生在理解多采样率基本原理的情况下，完成实践内容，从而加深对知识点的理解。
3.翻转课堂
研究生阶段的学习，将更大限度地发挥自觉能动性，挖掘自主学习的潜力。
在高级数字信号处理的教学过程中，有4个学时使用了翻转课堂的教学方法。教师会提前3周把让学生自学的章节内容布置给大家，学生可以充分利用学校及公共资源，通过图书馆的文献、电子数据库资源以及网络搜索等途径，自己完成某一个专题的学习，并以PPT的形式做出学习小结。课堂上，学生会把自己的学习成果展现给大家，学生们再一起讨论学习。这种翻转课堂的教学方法不仅提高了学生的学习主动性，也在很大程度上锻炼了学生的口头表达能力，给研究生们在今后的科研学习中，进行大大小小的国内国际会议报告热身。
4.融入思政要素
研究生，是中国未来科技的希望。研究生教育，作为国民教育体系的顶端，
是培养高层次人才的主要途径。研究生毕业若干年后，他们将会成为担当民族复兴大任的时代新人，将会成为引领中国经济社会发展的“新动力人群”。故而，加强研究生思想政治工作，事关社会稳定和国家安全的重大问题，事关培养优秀的社会主义建设者和接班人，责任重大。[6]在日常课堂教学中，会给学生介绍课程相关的科学家的生平事迹，如在学习维纳滤波器这一章节时，会向同学们展示维纳滤波理论及控制论的创立者，美国数学家维纳的生平事迹和学术贡献，鼓励研究生们要向伟人学习，树立远大理想，向更高的目标前进。此外，课程中会介绍不同的现代滤波器，如自适应滤波器、同态滤波器、卡尔曼滤波器等，在做滤波器小结时，自然引出学生们在读研求学道路上会遇到的各种困扰，如果把这些困扰看作噪声的话，同学们就应建立起自身的人生滤波器，滤除各种环境干扰和社会干扰，专心致志，刻苦学习，心无旁骛地努力向自己的目标奋斗，为国家的科技振兴事业奉献自己的力量。
三、小结
高级数字信号处理是我校开设的一门研究生课程，文章对课程概况进行了介
绍，并针对研究生的自身规律及特点，从教学内容安排、启发式实践教学开设、翻转课堂建设、思政元素融入四方面阐述了教学方法改革举措，实际教学效果充分调动了学生的学习主动性和积极性，很好地实现了立德树人润物无声的教学目标。
参考文献：
[1]何子述，夏威，现代数字信号处理及其应用[M]. 北京：清华大学出版社，2009.
[2]黄羿，马新强. 数据时代下的数字信号处理关键技术研究[M].北京：中国水利水电出版社，2018.
[3]胡广书. 现代信号处理教程（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2015.
[4]郝润芳，程永强，梁风梅等.数字信号处理教学改革探索与实践[J].教育教学论坛，2017(29):136-137.
[5]王秋生，袁海文，崔勇.《现代数字信号处理》的教学研究与实践[J].北京航空航天大学学报(社会科学版) ，2009，22(004)：77-80.
[6]杨龙波，孙励，张锐. 图像时代的研究生思政教育——以上海师范大学为例[J]. 中国研究生，2018，169(11)：78-81.
项目来源：上海电力大学2020年研究生课程建设项目
作者简介：陆静（1979—），女，汉族，安徽寿县人，博士，副教授，研究方向：复杂网络分析。